Download Síntesis del trabajo - Electromagnetismo

UNIVERSIDAD ABIERTA INTERAMERICANA
Facultad de Tecnología Informática
ELECTROMAGNETISMO Y ESTADO SÓLIDO I
Sede:
Centro
Profesor:
CINGOLANI, ENRIQUE ANTONIO
Tema:
TP Laboratorio 4
Alumnos:
 Abecasis, Sabrina



Viola, Tamara
Trampus, Daniel
Furones, Matias
Comisión: B
Turno:
Noche
Año:
4to
Síntesis del trabajo:
Realizar la comprobación experimental de la ley que cumple la carga de un capacitor,
conectado a través de una resistencia en serie con una fuente de tensión continua.
Introducción:
La carga (Q en Coulombs) acumulada en un capacitor, es directamente proporcional a la
diferencia de potencial (Vc en Volts) entre las placas del mismo, resultando:
Q = C Vc
donde C es una constante del capacitor, denominada capacidad, que se expresa en Faradios
(en la práctica se utiliza el microFaradio y el picoFaradio, que son submúltiplos del
Faradio).
Cuando se conecta un capacitor (C) a una fuente de tensión constante (V) a través de una
resistencia (R), la tensión (Vc) entre las placas del capacitor aumenta a medida que éste se
carga, de acuerdo con la fórmula:
Vc = V ( 1 – e – (t / RC) )
(1)
donde t es el tiempo transcurrido, en segundos.
En la práctica, para realizar la medición de Vc será necesario colocar un voltímetro en
paralelo con el capacitor, por lo cual la ecuación anterior (1) se verá afectada por la
presencia de la resistencia interna del voltímetro, de la siguiente manera:
Vc = V (Rp / R) ( 1 – e – (t / RpC) ) (2)
donde Rp es la resistencia equivalente del paralelo entre la resistencia R y la resistencia
interna del voltímetro Rv, y se calcula según:
Rp = (R Rv) / (R + Rv)
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Electromagnetismo en estado sólido 1
Contenido
Elementos necesarios:
Multímetro: es un instrumento eléctrico portátil para medir
directamente magnitudes eléctricas activas como corrientes y
potenciales (tensiones) o pasivas como resistencias,
capacidades y otras.
Marca del multímetro utilizado: BEST
Modelo del multímetro utilizado: B830L
Protoboard: es un tablero con orificios
conectados eléctricamente entre sí,
habitualmente siguiendo patrones de líneas,
en el cual se pueden insertar componentes
electrónicos y cables para el armado y
prototipado de circuitos electrónicos y
sistemas similares. En la imagen izquierda
podemos ver como se ve un protoboard,
mientras que en la imagen derecha
podemos ver como los orificios de la placa
esta conectados entre sí:
Fuente de corriente continua: es un dispositivo que
convierte la tensión alterna, en una o varias tensiones,
prácticamente continuas, que alimentan los distintos
circuitos del aparato electrónico al que se conecta. En
el trabajo práctico, la utilizamos para darle corriente
continua al circuito formado en el protoboard con las el
cable.
Marca de la fuente utilizada; Protek
Modelo de la fuente utilizada: 3003
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Resistencias: es toda oposición que encuentra la corriente a su paso por un circuito
eléctrico cerrado, atenuando o frenando el libre flujo de circulación de las cargas eléctricas
o electrones. Cualquier dispositivo o consumidor conectado a un circuito eléctrico
representa en sí una carga, resistencia u obstáculo para la circulación de la corriente
eléctrica. La unidad de resistencia en el Sistema Internacional es el ohmio, que se
representa con la letra griega omega (Ω).
Capacitor: es un dispositivo pasivo, utilizado en electricidad y electrónica, capaz de
almacenar energía sustentando un campo eléctrico. Está formado por un par de superficies
conductoras, generalmente en forma de láminas o placas, en situación de influencia total
(esto es, que todas las líneas de campo eléctrico que parten de una van a parar a la otra)
separadas por un material dieléctrico o por el vacío. Las placas, sometidas a una diferencia
de potencial, adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de ellas y negativa
en la otra, siendo nula la variación de carga total.
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Ejercitación:
Resistencia
R
Capacitor
C
amarillo
4
violeta
7
amarillo
x10000Ω
Capacidad
100µF
dorado
±5%
470KOhm
Diferencia de potencial
25V
R
C
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Parte a: Determinación de la resistencia interna (Rv) del voltímetro.
Circuito hecho en Electronics Workbench:
Si conocemos cual es el valor de R1 medida en Ohm y sabemos la diferencia de potencial
que produce dicha resistencia, entonces podemos calcular la intensidad que pasa por ella:
𝑉
1,619𝑉
𝐼𝑅1 = =
= 3,44𝑚𝐴
𝑅 470𝐾𝑂ℎ𝑚
Según la ley de nodos de Kirchoff la intensidad que entra y sale de los nodos es de
5,065mA. Entonces la intensidad que pasa por el voltimetro se calcula de la siguiente
manera:
𝐼𝑛𝑜𝑑𝑜 = 𝐼𝑅1 + 𝐼𝑣
𝐼𝑣 = 𝐼𝑛𝑜𝑑𝑜 − 𝐼𝑅1 = 5,065𝑚𝐴 − 3,44𝑚𝐴 = 1,625𝑚𝐴
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Sabiendo la intensidad que pasa por el voltimetro y sabiendo su diferencia de potencial,
podemos calcular su resistencia interna:
𝑉
1,619𝑉
𝑅𝑣 = =
= 996𝐾𝑂ℎ𝑚
𝐼 1,625𝑚𝐴
Se puede llegar al mismo valor aplicando la fórmula:
𝑉𝑅 𝑅
𝑅𝑣 =
𝑉 − 2𝑉𝑅
𝑅𝑣 =
1,619𝑉 ∗ 470𝐾Ω
4𝑉 − 2 ∗ 1,619𝑉
𝑅𝑣 = 998𝐾Ω
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Parte b: Determinación de la curva de carga del capacitor.
Tiempo (segundos)
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
115
120
125
Mediciones
Vc Experiental Vc Ideal
0,4
1,19
0,71
2,02
1,05
2,61
1,25
3,02
1,49
3,31
1,67
3,51
1,81
3,66
1,95
3,76
2,07
3,83
2,15
3,88
2,24
3,92
2,32
3,94
2,38
3,96
2,42
3,97
2,47
3,98
2,52
3,99
2,55
3,99
2,58
3,99
2,6
3,99
2,62
4,00
2,64
4,00
2,66
4,00
2,67
4,00
2,68
4,00
2,69
4,00
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Vc Teorica Corregida
1,11
1,78
2,18
2,43
2,58
2,67
2,72
2,76
2,78
2,79
2,80
2,80
2,80
2,81
2,81
2,81
2,81
2,81
2,81
2,81
2,81
2,81
2,81
2,81
2,81
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Electromagnetismo en estado sólido 1
130
135
140
145
150
155
160
165
170
175
180
185
190
195
200
2,7
2,71
2,72
2,72
2,72
2,73
2,73
2,74
2,74
2,74
2,75
2,75
2,75
2,75
2,75
4,00
4,00
4,00
4,00
4,00
4,00
4,00
4,00
4,00
4,00
4,00
4,00
4,00
4,00
4,00
2,81
2,81
2,81
2,81
2,81
2,81
2,81
2,81
2,81
2,81
2,81
2,81
2,81
2,81
2,81
Curva de carga del capacitor
4.00
2.00
Vc Experimental
Vc Teórica Corregida
1.00
0.00
5
15
25
35
45
55
65
75
85
95
105
115
125
135
145
155
165
175
185
195
Tensión Eléctrica (volt)
3.00
Tiempo (segundos)
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Conclusiones
Parte a:
La resistencia interna de un voltímetro ideal debería ser infinita. No debe consumir
corriente eléctrica para no afectar a las mediciones del circuito, para lo cual la corriente que
circula por el debe ser cero.
Parte b:
Las mediciones experimentales son diferentes a las teóricas. Esta se puede deber a
diferentes factores:




Todas las resistencias poseen un porcentaje de error de un 5%, es decir, que la resistencia
medida en Ohm de cada una que posee el circuito puede ser mayor o menor hasta un 5%
del total, de lo que el fabricante dice. A mayor resistencia el capacitor tarda más tiempo
en cargarse y viceversa.
La resistencia ofrecida por el voltímetro puede variar de la calculada, por lo que el
capacitor puede cargarse más lento o más rápido.
El capacitor también presenta un porcentaje de error acerca de su capacidad y tensión.
Las curvaturas de las tangentes del grafico serán diferentes porque los tiempos en que se
tomaron las mediciones pueden diferir de los definidos teóricamente.
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